Phototransduktion in Stäbchen und Zapfen
Die Fototransduktion ist ein faszinierender Prozess, der es uns ermöglicht, visuelle Reize wahrzunehmen. Dieser Vorgang findet in den Photorezeptoren unserer Augen statt, wobei Stäbchen und Zapfen die Hauptakteure sind.
Definition: Phototransduktion ist der Prozess, bei dem Lichtreize in elektrische Erregungen umgewandelt werden.
Sehfarbstoff Rhodopsin
Der Sehfarbstoff Rhodopsin spielt eine zentrale Rolle in der Fototransduktion. Er besteht aus zwei Hauptkomponenten:
- Opsin: Ein Membranprotein
- Retinal: Ein Aldehyd, das aus Vitamin A gebildet wird
Highlight: Vitamin A ist essentiell für die Bildung des Sehfarbstoffs und damit für den gesamten Sehprozess.
Stäbchen im Dunkeln
Im Dunkeln befinden sich die Stäbchen in einem Ruhezustand:
- Das Retinal-Molekül liegt in der 11-cis-Form vor und ist fest an das Opsin gebunden.
- Natrium-Kanäle an der äußeren Membran des Stäbchens werden durch den Botenstoff cGMP offen gehalten.
- Natrium-Ionen strömen in die Zelle ein, was zu einem Ruhepotenzial von -30 mV führt.
- An der synaptischen Endigung wird der Neurotransmitter Glutamat ausgeschüttet.
- Glutamat bewirkt eine Hyperpolarisation (Hemmung) der bipolaren Schaltzellen.
Vocabulary: Dunkelstrom bezeichnet den kontinuierlichen Einstrom von Natrium-Ionen in die Stäbchen im Dunkeln.
Stäbchen bei Belichtung
Bei Belichtung wird der Fototransduktion Ablauf in Gang gesetzt:
- Ein Lichtquant wird absorbiert, wodurch das Retinal in die All-trans-Form übergeht.
- Dies führt zu einer Formveränderung des Opsins (Rhodopsin wird zu Metarhodopsin II).
- Metarhodopsin II aktiviert das G-Protein Transducin.
- Transducin aktiviert die Phosphodiesterase (PDE).
- PDE katalysiert die Umwandlung von cGMP zu GMP, wodurch der cGMP-Spiegel sinkt.
- Kationenkanäle schließen sich aufgrund des niedrigen cGMP-Spiegels.
- Der Einstrom von Na+ und Ca2+ verringert sich.
- Die Zellmembran wird hyperpolarisiert, und ein Rezeptorpotenzial entsteht.
- An der synaptischen Endigung des Stäbchens wird die Transmitterausschüttung vermindert oder gestoppt.
- Die Hemmung der Bipolarzellen wird aufgehoben.
- Ganglienzellen werden depolarisiert, und es entstehen Aktionspotenziale.
Example: Stellen Sie sich die Fototransduktion wie eine Domino-Kette vor: Ein Lichtquant stößt das erste Domino (Retinal) an, was eine Kaskade von Reaktionen auslöst, die schließlich zu einem elektrischen Signal führt.
Zapfen und Photoopsin
Die Fototransduktion in Zapfen verläuft ähnlich wie in Stäbchen:
- Der Sehfarbstoff in Zapfen heißt Photoopsin.
- Lichtabsorption führt auch hier zu einer Hyperpolarisation der Zellmembran.
- Der Wirkungsmechanismus ist analog zu dem des Rhodopsins in Stäbchen.
Highlight: Der Hauptunterschied zwischen Stäbchen und Zapfen liegt in ihrer Funktion: Stäbchen ermöglichen das Sehen bei schwachem Licht, während Zapfen für das Farbsehen und das Sehen bei hellem Licht verantwortlich sind.
Die Phototransduktion ist ein komplexer, aber faszinierender Prozess, der es uns ermöglicht, die visuelle Welt um uns herum wahrzunehmen. Das Verständnis dieses Vorgangs ist nicht nur für die Grundlagenforschung wichtig, sondern auch für die Entwicklung von Therapien bei Sehstörungen, wie zum Beispiel die Verwendung von Vitamin A Augentropfen oder Vitamin A Augensalbe zur Unterstützung der Sehfunktion.
